[发明专利]一种高倍率性能空气电极材料及其应用

说明书

本发明公开了一种高倍率性能空气电极材料及其应用。本发明的高倍率性能空气电极材料包括导电剂、粘结剂和氟碳活性剂。所述高倍率性能空气电极通过将电极材料涂覆在集流体上烘烤制得。使用本发明方法制备的高倍率性能空气电极具有优异的倍率性能、其中的活性孔隙结构可保证在高倍率放电过程中使放电产物在其孔隙内部生长、实现锂空气电池的大功率放电。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体地，涉及一种高倍率性能空气电极材料及其应用。

背景技术

锂空气电池是具有最高理论能量密度的新兴电池体系(3505瓦时/千克)，被业界一致认为将是取代锂离子电池成为未来主流储能系统的不二选择。然而受制于其在循环过程中正负电极端的不可逆副反应，锂空气电池的循环效率、循环寿命以及功率输出依然难以满足进一步的实际应用需求，尤其是电池在放电过程中较差的倍率性能极大地制约着锂空气电池体系的输出功率。

针对锂空气电池中的空气正极，现存文献工作研究基本集中在循环稳定性的改性上。通过使用液/固态催化剂或材料微观结构调整，可在500-1000毫安时/克的限定容量区间内维持锂空气电池充放电循环100周以上。仅有少数研究通过电极材料及结构设计，在放电倍率性能方面获得一定提升。其中，通过使用疏电解液材料电极，能在3000毫安/克的电流密度下，使放电容量能达到1500毫安时/克。然而以上放电容量距离空气电极理论容量依然相距甚远。

综述所述，现存锂空气正极材料的制备方法无法在倍率性能改性方面取得突破，特别是在高倍率循环条件下实现大容量放电几乎空白。因此，本领域迫切需要开发一种可同时具有高倍率性能和高放电容量的锂空气正极材料及其制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气电极材料及其制备方法。

本发明的第一方面提供了一种空气电极材料，所述高倍率性能空气电极材料包括导电剂、粘结剂和氟碳活性剂。

如本发明第一方面所述的空气电极材料，其中，所述的氟碳活性剂为具有R_f-L-X结构式的化合物：

式中，

R_f为完全或部分取代的C4-C20碳链，其中所述的取代是指氟原子取代；

X为极性基团，选自下组：-OH、-SH、-CN、-NO₃、-CHO、-COOH、-SO₃H、C1-C6烷氧基、C3-C6杂烷基；

L为二价连接基团，选自C0-C6的亚烷基，优选C1-C3的亚烷基。

在另一优选例中，所述的R_f为部分氟代的C5-C15碳链。

在另一优选例中，所述的R_f为部分氟代的C6-C10碳链。

在另一优选例中，所述的R_f为完全氟代的C5-C15碳链。

在另一优选例中，所述的R_f为完全氟代的C6-C10碳链。

在另一优选例中，所述的活性剂包括下组：

在另一优选例中，本发明中所述的氟碳表面活性剂包括：本领域常规的材料，或用常规方法制备，或从市场购买得到，或其组合。

在另一优选例中，所述导电剂包括特密高导电碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管及其它常规导电剂或其组合。

在另一优选例中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯及其它常规粘结剂或其组合。

在另一优选例中，所述导电剂、粘结剂和氟碳活性剂的重量比为40～80：10～20：10～40。